预歧化处理的高性能锂离子电池SiO/C负极材料
发布时间：2021-03-03 14:50
以SiO和蔗糖为原料,SiO经高温歧化反应处理后,通过机械球磨、喷雾干燥、高温热解工艺制备出具有优异电化学性能的锂离子电池SiO/C负极材料。经XRD、FTIR、XPS、SEM、TEM结构分析表明,歧化反应处理的片状SiO包含非晶态SiO和纳米晶相Si、SiO2,蔗糖热解形成的无定形碳包覆在细片状SiO的表面,组成球形SiO/C颗粒。电化学测试结果表明,预歧化处理的SiO/C复合材料的首次放电容量为1 314.6mAh/g,首次库伦效率达到71%;100周循环后的放电容量为851.2mAh/g,容量保持率达到78.5%,循环稳定性远高于未经歧化处理的SiO/C复合材料。电化学性能的提高归因于SiO预歧化反应及热解碳包覆。
【文章来源】：材料导报. 2017,31(10)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１ＳｉＯ／Ｃ复合负极材料的制备工艺流程图Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｙｎｔｈｅｔｉｃ
图５ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００复合材料的ＳＥＭ照片（ａ－ｃ）及元素面扫描（ｄ）Ｆｉｇ．５ＳＥＭｉｍａｇｅｓ（ａ－ｃ）ａｎｄｅｌｅｍｅｎｔａｌｍａｐｐｉｎｇｒｅｓｕｌｔ（ｄ）ｏｆｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ图６ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００复合材料的ＴＥＭ图Ｆｉｇ．６ＴＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００ｃｏｍｐｏｓｉｔｅＳｉＯ／Ｃ－７００的首次放电容量为１３２１．６ｍＡｈ／ｇ，首次库伦效率仅为５４．４％。较低的首次库伦效率主要是由于ＳｉＯ与Ｌｉ＋反应生成电化学惰性的Ｌｉ２Ｏ和Ｌｉ４ＳｉＯ４，以及首次嵌锂形成表面ＳＥＩ膜导致较高的不可逆容量所致［１５－１６］。ＳｉＯ／Ｃ－９００的首次放电容量为１６２６．１ｍＡｈ／ｇ，而ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００的首次放电容量为１３１４．６ｍＡｈ／ｇ。结合表１的ＸＰＳ数据，ＳｉＯ／Ｃ－９００的Ｏ／Ｓｉ的比值最低，特别是惰性的Ｓｉ４＋（ＳｉＯ２）的含量最低，说明能与锂发生合金化反应的Ｓｉ含量最高，因此ＳｉＯ／Ｃ－９００具有最高的首次放电容量。而ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００中非活性的ＳｉＯ２比例最高，因此首次放电容量低于ＳｉＯ／Ｃ－９００。从图７（ｂ）可以看出，ＳｉＯ／Ｃ－７００和ＳｉＯ／Ｃ－９００在１００次循环后的图７ＳｉＯ／Ｃ－７００、ＳｉＯ／Ｃ－９００和ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００的首次充放电曲线（ａ），第１００周充放电曲线（ｂ），循环性能（ｃ）和库伦效率（ｄ）Ｆｉｇ．
放电容量大幅衰减，而ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００仍保持很高的容量，这要归因于均匀分散的ＳｉＯ２对Ｓｉ在反复循环过程中体积变化的有效缓冲。在复合材料中ＳｉＯ２虽然没有嵌锂活性，但作为Ｓｉ及ＳｉＯ在循环过程中体积膨胀的缓冲基质，可有效提高其循环性能；Ｓｉ单质可提供高的比容量，从而使复合材料比容量升高。图７（ｃ）为ＳｉＯ／Ｃ－７００、ＳｉＯ／Ｃ－９００和ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００的循环性能曲线。ＳｉＯ／Ｃ－７００和ＳｉＯ／Ｃ－９００的放电容量均呈现快速衰减趋势，第１００周循环后的放电容量分别为２４０．４ｍＡｈ／ｇ和２４７．４ｍＡｈ／ｇ，相对第二次循环的容量保持率分别为２９．１％和２２．２％。而ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００的循环性能相对稳定，循环１００周后的放电容量高达８５１．２ｍＡｈ／ｇ，相对第二次循环的容量保持率达到了７８．５％，远高于未经高温歧化反应处理的ＳｉＯ／Ｃ复合材料。由此说明ＳｉＯ歧化反应生成的惰性ＳｉＯ２可以有效缓冲Ｓｉ晶体在反复脱嵌锂过程中的体积变化。对于未歧化处理的ＳｉＯ／Ｃ复合材料，无定形碳包覆除了增强材料导电性能外，显然不能有效抑制Ｓｉ在反复脱嵌锂过程中的粉化与崩塌。从图７（ｄ）可以看出，ＳｉＯ／Ｃ－７００和ＳｉＯ／Ｃ－９００首次库伦效率分别为５４．４％和６０．６％，循环稳定后的库伦效率分别为９８．１％和９８．５％，随着循环次数的增加，库伦效率缓慢降低。而ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００的首次库伦效率提高到了７１％，第６次循环后的库伦效率可达到
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池SiO/C负极材料制备与嵌锂性能研究[J]. 王洁,侯贤华,李敏,张苗,胡社军. 电池工业. 2013(Z2)
本文编号：3061454
【文章来源】：材料导报. 2017,31(10)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１ＳｉＯ／Ｃ复合负极材料的制备工艺流程图Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｙｎｔｈｅｔｉｃ
图５ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００复合材料的ＳＥＭ照片（ａ－ｃ）及元素面扫描（ｄ）Ｆｉｇ．５ＳＥＭｉｍａｇｅｓ（ａ－ｃ）ａｎｄｅｌｅｍｅｎｔａｌｍａｐｐｉｎｇｒｅｓｕｌｔ（ｄ）ｏｆｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ图６ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００复合材料的ＴＥＭ图Ｆｉｇ．６ＴＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００ｃｏｍｐｏｓｉｔｅＳｉＯ／Ｃ－７００的首次放电容量为１３２１．６ｍＡｈ／ｇ，首次库伦效率仅为５４．４％。较低的首次库伦效率主要是由于ＳｉＯ与Ｌｉ＋反应生成电化学惰性的Ｌｉ２Ｏ和Ｌｉ４ＳｉＯ４，以及首次嵌锂形成表面ＳＥＩ膜导致较高的不可逆容量所致［１５－１６］。ＳｉＯ／Ｃ－９００的首次放电容量为１６２６．１ｍＡｈ／ｇ，而ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００的首次放电容量为１３１４．６ｍＡｈ／ｇ。结合表１的ＸＰＳ数据，ＳｉＯ／Ｃ－９００的Ｏ／Ｓｉ的比值最低，特别是惰性的Ｓｉ４＋（ＳｉＯ２）的含量最低，说明能与锂发生合金化反应的Ｓｉ含量最高，因此ＳｉＯ／Ｃ－９００具有最高的首次放电容量。而ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００中非活性的ＳｉＯ２比例最高，因此首次放电容量低于ＳｉＯ／Ｃ－９００。从图７（ｂ）可以看出，ＳｉＯ／Ｃ－７００和ＳｉＯ／Ｃ－９００在１００次循环后的图７ＳｉＯ／Ｃ－７００、ＳｉＯ／Ｃ－９００和ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００的首次充放电曲线（ａ），第１００周充放电曲线（ｂ），循环性能（ｃ）和库伦效率（ｄ）Ｆｉｇ．
放电容量大幅衰减，而ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００仍保持很高的容量，这要归因于均匀分散的ＳｉＯ２对Ｓｉ在反复循环过程中体积变化的有效缓冲。在复合材料中ＳｉＯ２虽然没有嵌锂活性，但作为Ｓｉ及ＳｉＯ在循环过程中体积膨胀的缓冲基质，可有效提高其循环性能；Ｓｉ单质可提供高的比容量，从而使复合材料比容量升高。图７（ｃ）为ＳｉＯ／Ｃ－７００、ＳｉＯ／Ｃ－９００和ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００的循环性能曲线。ＳｉＯ／Ｃ－７００和ＳｉＯ／Ｃ－９００的放电容量均呈现快速衰减趋势，第１００周循环后的放电容量分别为２４０．４ｍＡｈ／ｇ和２４７．４ｍＡｈ／ｇ，相对第二次循环的容量保持率分别为２９．１％和２２．２％。而ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００的循环性能相对稳定，循环１００周后的放电容量高达８５１．２ｍＡｈ／ｇ，相对第二次循环的容量保持率达到了７８．５％，远高于未经高温歧化反应处理的ＳｉＯ／Ｃ复合材料。由此说明ＳｉＯ歧化反应生成的惰性ＳｉＯ２可以有效缓冲Ｓｉ晶体在反复脱嵌锂过程中的体积变化。对于未歧化处理的ＳｉＯ／Ｃ复合材料，无定形碳包覆除了增强材料导电性能外，显然不能有效抑制Ｓｉ在反复脱嵌锂过程中的粉化与崩塌。从图７（ｄ）可以看出，ＳｉＯ／Ｃ－７００和ＳｉＯ／Ｃ－９００首次库伦效率分别为５４．４％和６０．６％，循环稳定后的库伦效率分别为９８．１％和９８．５％，随着循环次数的增加，库伦效率缓慢降低。而ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００的首次库伦效率提高到了７１％，第６次循环后的库伦效率可达到
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池SiO/C负极材料制备与嵌锂性能研究[J]. 王洁,侯贤华,李敏,张苗,胡社军. 电池工业. 2013(Z2)
本文编号：3061454
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